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Die Erfindung betrifft ein Umspritzverfahren für eine Sensorvorrichtung und eine Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, Sensoren mit einem Elastomer zu umspritzen, so dass sich um den Sensor eine Elastomerhülle bildet. Um den umspritzten Sensor elektrisch zu kontaktieren, wird bei den bekannten Verfahren ein elektrischer Steckkontakt des Sensors aber nicht vollständig umspritzt. Das heißt, dass dieser Steckkontakt teilweise frei bleibt und aus der Elastomerhülle herausragt. In einem zweiten Umspritzschritt wird die Elastomerhülle mit einem Thermoplast zur Bildung eines Thermoplastgehäuses umspritzt. Um einen störungsfreien Betrieb des Sensors zu gewährleisten, muss der Sensor in einer genau definierten Position in dem Thermoplastgehäuse angeordnet werden. Dies wird insbesondere mittels eines Halteschiebers erreicht, der die Elastomerhülle an dem herausragenden Steckkontakt abstützt. Während der Thermoplastumspritzung wird der Halteschieber gezogen. Der Zeitpunkt des Ziehens des Halteschiebers bestimmt sowohl die Positionsgenauigkeit des Sensors als auch eine Dichtheit der Thermoplasthülle, welche eine Robustheit des Sensors über eine Lebensdauer bestimmt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 057 441 A1 offenbart.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Umspritzverfahren für eine Sensorvorrichtung anzugeben, welches eine verbesserte Dichtheit der Sensorvorrichtung bei gleichzeitig verbesserter Positionsgenauigkeit gewährleistet.
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Darüber hinaus kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch darin gesehen werden, eine Sensorvorrichtung anzugeben, welche gegenüber äußeren Einflüssen eine zuverlässige Dichtheit aufweist.
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Diese Aufgaben werden mittels eines Umspritzverfahrens nach Anspruch 1 und mittels einer Sensorvorrichtung nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung umfasst den Gedanken, ein Umspritzverfahren für eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, wobei in einem ersten Schritt ein Sensormodul bereitgestellt wird, welches mittels eines ersten Mediums vollständig umschlossen ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Sensormodul mittels des ersten Mediums vollständig umspritzt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik ragen also beispielsweise keine Steckkontakte des Sensormoduls aus der mittels des ersten Mediums gebildeten Hülle heraus.
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In einem zweiten Schritt stützt ein Halteschieber das erste Medium des Sensormoduls ab. Beispielsweise kann der Halteschieber an Haltebereichen der Hülle angreifen. Insbesondere können die Haltebereiche derart gebildet sein, dass sie einem Negativabdruck bezüglich der Form des Halteschiebers entsprechen. So kann der Halteschieber besonders sicher das erste Medium abstützen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das erste Medium noch an weiteren Bereichen abgestützt werden, beispielsweise mittels weiterer Halteschieber.
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In einem nächsten Schritt wird dann das Sensormodul mit einem zweiten Medium umspritzt, wobei während dieses Umspritzschrittes der Halteschieber das erste Medium kontinuierlich abstützt, so dass eine hohe Positionsgenauigkeit des Sensormoduls in dem zweiten Medium erreicht wird. Das erste und das zweite Medium bilden eine dichtende Verbindung, welche eine dauerhafte Dichtheit des Sensormoduls gegenüber äußeren Umwelteinflüssen gewährleistet.
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Nachdem die Hülle des Sensormoduls mit dem zweiten Medium umspritzt wurde, wird der Halteschieber abgezogen.
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Die Erfindung umfasst weiterhin den Gedanken, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche ein Sensormodul aufweist, wobei das Sensormodul mittels eines ersten Mediums vollständig umschlossen ist. Ferner ist ein zweites Medium vorgesehen, welches das erste Medium teilweise umschließt, so dass ein Haltebereich für einen Halteschieber frei bleibt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung mittels des Umspritzverfahrens hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein erstes Medium verwendet, welches Hohlkugeln mit einem Kohlenwasserstofffluid ausweist. Fluid umfasst hier sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit. Vorzugsweise umfasst das Kohlenwasserstoff Pentan oder Octan. Die Hohlkugeln weisen insbesondere einen Durchmesser von 10 μm bis 40 μm auf. Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Hohlkugeln aus einer äußeren Hülle, insbesondere einer Thermoplasthülle, gebildet. Vorzugsweise sind die Hohlkugeln homogen. Das heißt beispielsweise, dass sie gleiche Merkmale und gleiche Eigenschaften aufweisen. Alternativ sind die Hohlkugeln inhomogen.
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Nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird vor und/oder während des Umspritzens der Hülle des Sensormoduls mit dem zweiten Medium eine Steckereinrichtung mit dem Sensormodul elektrisch verbunden. Vorzugsweise umfasst das Sensormodul ein Einlegeteil und einen auf dem Einlegeteil angeordneten Sensor, wobei das erste Medium insbesondere sowohl das Einlegeteil als auch den Sensor vollständig umschließt. Das Einlegeteil ist weiterhin insbesondere derart gebildet, dass hierüber eine elektrische Kontaktierung des Sensormoduls ermöglicht ist. Beispielsweise umfasst das Einlegeteil eine Leiterplatte. Eine elektrische Verbindung zwischen der Steckereinrichtung und dem Sensor kann dann über das Einlegeteil erfolgen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steckereinrichtung ein weiteres Einlegeteil. Das weitere Einlegeteil wird vorzugsweise mit dem Einlegeteil des Sensormoduls verbunden und mittels einer Einlegeteilhalterung gehalten. Hierbei hält die Einlegeteilhalterung das Einlegeteil und das weitere Einlegeteil. Beispielsweise kann die Einlegeteilhalterung als ein Spritzbauteil, insbesondere als ein Vorumspritzling, um das Einlegeteil und das weitere Einlegeteil gespritzt werden. Beispielsweise kann das Einlegeteil des Sensormoduls, bevor das Sensormodul von dem ersten Medium umschlossen, insbesondere umspritzt, wird, in elektrischem Kontakt mit dem weiteren Einlegeteil der Steckereinrichtung gebracht werden. Es wird dann die Einlegeteilhalterung um das Einlegeteil und das weitere Einlegeteil gespritzt. Anschließend wird das Sensormodul, also der Sensor und das Einlegeteil, mit dem ersten Medium vollständig umschlossen, insbesondere umspritzt, wobei auch die Einlegeteilhalterung mit dem ersten Medium zumindest teilweise umschlossen, insbesondere umspritzt, wird. Das heißt, dass die Einlegeteilhalterung zumindest teilweise in der mittels des ersten Mediums gebildeten Hülle angeordnet bzw. eingebettet ist. Vorzugsweise ist die Einlegeteilhalterung vollständig in der Hülle eingebettet. Während des Umspritzschrittes des Sensormoduls mit dem zweiten Medium werden auch die Einlegeteilhalterung, das weitere Einlegeteil und die Steckereinrichtung umspritzt. Hierbei wird aber ein Bereich der Steckereinrichtung freigelassen, so dass von außen ein Zugang über die Steckereinrichtung zu dem weiteren Einlegeteil ermöglicht ist. Das Einlegeteil und das weitere Einlegeteil können auch als elektrische Steckkontakte bezeichnet werden.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird während des Umspritzens des Sensormoduls eine Buchse in dem zweiten Medium gebildet. Beispielsweise kann mittels der Buchse das mittels des zweiten Mediums gebildete Gehäuse befestigt werden, beispielsweise in einem Fahrzeug.
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In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das erste Medium und/oder das zweite Medium aus einem Material ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Materialien gebildet sind: Elastomer, Thermoplast, thermoplastisches Elastomer, Polymer mit einem elastomeren Träger, Polyurethan, Silikon, Flüssig-Silikon oder eine Kombination hiervon. Insbesondere können ein Silikon mit einem Haftvermittler und/oder ein haftmodifiziertes thermoplastisches Elastomer verwendet werden. Ferner können die Materialien vorzugsweise einen Primer aufweisen. Vorzugsweise sind die vorgenannten Materialien als ein Schaum, beispielsweise als ein Elastomer-, Silikon oder ein Thermoplastschaum gebildet.
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Allgemein gesagt, sollen Materialien verwendet werden, welche miteinander eine physikalische und/oder chemische Verbindung eingehen. Aufgrund dieser Verbindung wird ein dichter Verbund zwischen dem ersten und dem zweiten Medium gebildet, so dass insbesondere eine gute Dichtheit des Sensormoduls gewährleistet ist.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird für das erste Medium ein besonders hartes Material verwendet. Hierüber kann gezielt beeinflusst werden, wie stark die mittels des ersten Mediums gebildete Hülle während der Umspritzung mit dem zweiten Medium an dem Halteschieber nachgeben kann.
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Nach einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann die Sensorvorrichtung in einem Airbagsensorsystem eines Fahrzeugs verwendet werden. Vorzugsweise umfasst der Sensor einen Beschleunigungssensor, beispielsweise einen PAS(„Peripheral Acceleration Sensor”)-Airbagsensor und/oder einen Drucksensor. Vorzugsweise kann die Sensorvorrichtung aber auch in Airbagsensorsystemen für Personenschutzkleidungen, beispielsweise ein Zweiradanzug mit einem oder mehreren integrierten Airbags, verwendet werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 eine Sensorvorrichtung nach dem Stand der Technik,
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2 eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung während des Umspritzens
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3 die Sensorvorrichtung aus 2 nach dem Umspritzen,
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4 eine Detailansicht der Sensorvorrichtung aus 3 und.
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5 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umspritzverfahrens.
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Im Folgenden werden für die gleichen Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine Sensorvorrichtung 101 nach dem Stand der Technik während eines Umspritzschrittes gemäß einem bekannten Umspritzverfahren. Die Sensorvorrichtung 101 umfasst ein Sensormodul 103. Das Sensormodul 103 weist ein Einlegeteil 105 und ein auf dem Einlegeteil 105 angeordneten Sensor 107 auf. Das Einlegteil 105 ist vorzugsweise derart gebildet, dass eine elektrische Kontaktierung des Sensors 107 über das Einlegeteil 105 ermöglicht ist. Beispielsweise kann das Einlegeteil 105 als eine Leiterplatte gebildet sein. An das Einlegeteil 105 ist ein weiteres Einlegeteil 109 das Einlegeteil 105 kontaktierend angeordnet, so dass zwischen dem Einlegeteil 105 und dem weiteren Einlegeteil 109 eine elektrische Verbindung gebildet ist. Das Einlegeteil 109 ist Teil einer Steckereinrichtung 111 und geht in einen Pin 113 über, welcher in einem Steckergehäuse 114 angeordnet ist. Das Steckergehäuse 114 weist eine Öffnung 114a, durch welche der Pin 113 von außen zugänglich ist. Das Einlegeteil 105 und das weitere Einlegeteil 109 sind mittels einer Einlegeteilhalterung 115 gehalten. Das Einlegeteil 105 und das weitere Einlegeteil 109 bilden elektrische Steckkontakte.
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Das Sensormodul 103 ist mittels eines ersten Mediums 117 teilweise umschlossen. Das heißt, dass das Einlegeteil 105 des Sensormoduls 103 aus dem ersten Medium 117 herausragt. Der Bereich des Einlegeteils 105, welcher aus dem ersten Medium 117 herausragt, ist mit dem Bezugszeichen 119 gekennzeichnet. Das erste Medium 117 umschließt auch die Einlegeteilhalterung 115 teilweise, so dass die Einlegeteilhalterung 115 aus dem ersten Medium 117 herausragt.
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An dem herausragenden Bereich 119 des Einlegeteils 105 greift ein Halteschieber 121 ein und stützt so das Einlegeteil 105 und damit das Sensormodul 103 ab. Um das Sensormodul 103 und der Steckereinrichtung 111 wird ein zweites Medium 123 gespritzt, so dass sich um das Sensormodul 103 und das Steckergehäuse 114 ein Gehäuse 125 bildet, wobei der Pin 113 der Steckereinrichtung 111 von außerhalb des Gehäuses 125 über die Öffnung 114a des Steckergehäuses 114 zwecks elektrischer Kontaktierung zugänglich bleibt. Während des Umspritzens wird der Halteschieber 121 von dem herausragenden Bereich 119 des Einlegeteils 105 abgezogen. Ein dadurch entstehender Freiraum wird mit dem zweiten Medium 123 aufgefüllt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 201 während eines Umspritzschrittes nach dem erfindungsgemäßen Umspritzverfahren. Im Gegensatz zu der bekannten Sensorvorrichtung 101 in 1 ist das Einlegeteil 105 des Sensormoduls 103 mittels des ersten Mediums 117 vollständig umschlossen. Das heißt, dass das Einlegeteil 105 nicht aus dem ersten Medium 117 herausragt. Der Halteschieber 121 stützt insofern das Sensormodul 103 nicht an dem Einlegeteil 105 ab, sondern direkt an dem ersten Medium 117. Diese Abstützung erfolgt während des gesamten Umspritzschrittes. Erst nachdem das mittels des zweiten Mediums 123 gebildete Gehäuse 125 fertig gestellt ist, wird der Halteschieber 121 abgezogen. 3 zeigt die Sensorvorrichtung 201 nachdem der Halteschieber 121 abgezogen ist. Deutlich zu sehen ist, dass das Einlegeteil 105 aufgrund des vollständigen Umschließens mittels des ersten Mediums 117 von äußeren Umwelteinflüssen abgeschottet ist.
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Die Sensorvorrichtung 201 weist ferner eine Buchse 203 auf, welche während des Umspritzens gebildet wird. Mittels der Buchse 203 ist insbesondere eine Befestigung der Sensorvorrichtung 201 ermöglicht, beispielsweise in einem Fahrzeug.
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4 zeigt eine Detailansicht der Sensorvorrichtung 201 nachdem der Halteschieber 121 von dem Sensormodul 103 abgezogen ist. Aufgrund einer geeigneten Materialauswahl des ersten Mediums 117 und des zweiten Mediums 123 wird eine dichtende Verbindung im Bereich einer Abdichtfläche 205 zwischen dem ersten 117 und dem zweiten 123 Medium gebildet. Hierbei gehen das erste Medium 117 und das zweite Medium 123 eine physikalische und/oder chemische Verbindung ein, so dass ein dichter Verbund zwischen den beiden Medien 117 und 123 entsteht. Vorzugsweise umfasst das erste Medium 117 ein Elastomer und das zweite Medium 123 ein Thermoplast. Insbesondere kann für das erste Medium 117 auch ein haftmodifiziertes thermoplastisches Elastomer oder ein Silikon mit entsprechender Oberflächenbehandlung, zum Beispiel ein Haftvermittler, verwendet werden. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist das erste Medium Hohlkugeln mit einem Kohlenwasserstofffluid auf. Hierbei wird die dichte Verbindung zwischen dem ersten 117 und dem zweiten 123 Medium über ein Basiswerkstoff bzw. einen Haftvermittler des ersten Mediums 117 gebildet.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umspritzverfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird das Sensormodul 103 mit dem Einlegeteil 105 und dem Sensor 107 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird die Steckereinrichtung 111 derart an das Sensormodul 103 positioniert, dass das weitere Einlegeteil 109 das Einlegeteil 105 zwecks elektrischer Kontaktierung berührt. Beide Einlegeteile 105 und 109 werden in einem nächsten Schritt S3 umspritzt, beispielsweise mittels eines Materials, welches auch für das erste 117 oder das zweite 123 Medium verwendet werden kann. Durch diese Umspritzung wird die Einlegeteilhalterung 115 gebildet, so dass hierüber eine feste Verbindung zwischen dem Sensormodul 103 und der Steckereinrichtung 111 geschaffen ist.
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Im folgenden Schritt S4 wird das Sensormodul 103 mit dem ersten Medium 117 umspritzt, so dass das Sensormodul 103 vollständig mittels des ersten Mediums 117 umschlossen ist.
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Anschließend wird in einem Schritt S5 der Halteschieber 121 an das Sensormodul 103 soweit herangefahren, dass der Halteschieber 121 das Sensormodul 103 an dem ersten Medium 117 abstützt. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung des Umspritzverfahrens kann vorgesehen sein, dass in dem Schritt S5 ein weiterer Halteschieber das Sensormodul 103 an dem ersten Medium 117 zusätzlich abstützt.
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In einem nächsten Schritt S6 wird das Sensormodul 103, die Einlegeteilhalterung 115, das weitere Einlegeteil 109 und das Steckergehäuse 114 mit dem zweiten Medium 123 umspritzt, so dass zwischen den beiden Medien 117 und 123 eine dichtende Verbindung gebildet wird. Hierbei wird aber die Öffnung 114a frei gelassen. Während des Schrittes S6 stützt der Halteschieber 121 das Sensormodul 103 kontinuierlich ab, so dass eine genaue Position des Sensormoduls 103 in dem mittels des zweiten Mediums 123 gebildeten Gehäuses 125 gewährleistet ist. Im Gegensatz dazu besteht bei den bekannten Umspritzverfahren die Möglichkeit, dass das Sensormodul 103 in dem Gehäuse 125 seine Position ändert, da im Stand der Technik der Halteschieber 121 bereits während des Umspritzens mit dem zweiten Medium 123 abgezogen wird. In dem erfindungsgemäßen Umspritzverfahren wird hingegen gewartet, bis das Gehäuse 125 fertig gestellt ist, insbesondere bis das zweite Medium ausgehärtet ist, so dass das Sensormodul 103 in dem Gehäuse 125 nicht mehr seine Position ändern kann.
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Abschließend wird einem Schritt S7 der Halteschieber 121 von dem ersten Medium 117 abgezogen. Da das Sensormodul 103 bereits mittels des ersten Mediums 117 vollständig umschlossen ist, muss nach dem Abziehen des Halteschiebers 121 kein weiteres Material mehr um das Sensormodul 103 gespritzt werden, was in vorteilhafter Weise insbesondere Zeit und Material einspart.
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Das erfindungsgemäße Umspritzverfahren basiert darauf, dass ein Sensormodul mittels zweier Medien umspritzt wird. Das Umspritzverfahren kann insofern auch als ein 2K(Komponenten)-Direktumspritzverfahren bezeichnet werden. Das erfindungsgemäße Umspritzverfahren kann nicht nur zum Umspritzen von Sensormodulen verwendet werden, sondern darüber hinaus für sämtliche mikromechanischen Bauelemente, welche für ein solches Umspritzverfahren geeignet sind. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Umspritzverfahren in einem speziellen 2K-Werkzeug durchgeführt, was einen kontinuierlichen Fertigungsprozess gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007057441 A1 [0002]
